[发明专利]铜基材料大气条件下无助焊剂超声低温钎焊方法及应用

说明书

本发明公开了一种铜基材料在大气条件下无助焊剂超声低温钎焊方法，包括如下步骤：将母材和合金钎料组成待焊组件；其中，所述合金钎料由中间合金SnAg、SnCu、SnIn或SnBi中的至少两种配制形成；控制超声波频率为14～100KHz、超声波功率为10～30w、钎焊温度为100℃～287℃，对待焊组件的焊接面进行超声钎焊，超声波作用时间为0.5～6s，使焊接母材形成冶金结合。本发明提供的钎焊方法，使母材与合金钎料之间产生冶金化学反应，使焊接母材与合金钎料形成冶金结合，提高超声焊接头的连接强度。基于该成型原理，本发明还提供一种铜导线与电路铜基板在大气条件下无助焊剂超声低温钎焊方法，以及一种高频数据线接口中的铜导线与铜端子在大气条件下无助焊剂超声低温钎焊方法。

技术领域

本发明涉及铜与铜之间的超声焊接技术领域，具体涉及一种铜基材料在大气条件下无助焊剂超声低温钎焊方法，尤其涉及一种高频数据线接口中的铜导线与接线端子在大气条件下无助焊剂超声低温钎焊方法。

背景技术

铜是人类祖先最早应用的金属。它具有许多优异的特性和奇妙的功能，为人类社会的进步作出了不可磨灭的贡献；而且随着人类文明的发展不断开发出新的用途。铜既是一个古老的金属，又是一个充满生机和活力的现代工程材料。当前人类步入了丰富多彩的、以电气化和电子信息为特征的、高度文明的社会，铜应用于数据传送显得越来越重要了。随着信息时代到来，高频数据成为现代社会一种需求，而高频数据离不开高频数据线。高频数据线中，接头焊接质量直接影响数据传送速率等相关高频特性。因此焊接问题是一个极其重要而复杂的课题。

目前高频数据线USB3.1容易出现铜导体与铜端子之间焊接界面分离的现象，焊点形貌以及大小也存在不均匀的缺陷。除了在生产现场出现的失效，经过完整检测工序确认合格的样品，也会存在在随后的包装、运输过程中发生失效的现象，这会对客户以及公司形象造成极大的影响。目前铜与铜焊接技术分为三大类，熔焊、压焊、钎焊，其中熔焊包括电弧焊、埋弧焊，钨极氩弧焊(TIG)、熔化极氩弧焊(MIG)、CO₂气体保护焊、激光焊，电子束焊，压焊包括电阻焊、超声波焊、爆炸焊、摩擦焊、冷压焊、扩散焊、贮能焊等，其中Apple公司Aug.12，2014专利US8800,846B2ULTROASONIC BONDING公布了一种单股或多股铜导线与pcb(Printed Circuit Board，印制电路板)通过超声波焊接的技术，采用电阻加热的方式，其步骤是先将铜导线通过沾粘剂与pcb连接，再通过超声能量将pcb板与pad(焊盘)固相连接。其pcb板与焊盘固相连接需要高温才可以，并且超声固相焊需要是横波。

而广东工业大学2013.01.14在中国申请的发明专利201310013512.7专利公开了一种双超声波高频感应复合精密微连接装置，采用感应加热方式，上下加超声，实现铜导体与pcb固相连接，同Apple公司专利类似。日本公司矢崎总业株式会社藤本圭等公开了导线超声波焊接方法以及导线超声波焊接装置，采用超声波固相的方法，需要大功率的超声波设备才可实现。

上述技术超声波焊接技术有一个共同特点，即采用超声波固相焊接，焊接温度较高，且超声需要有较大的压力。而数据线接头结构特殊，内部塑胶无法承受高温及较大的压力，通常这个缺陷会给高频数据线焊接工业化带来致命性的打击。

鉴于此，有必要提供一种新的工艺解决上述技术问题。

发明内容

针对现有技术所存在的不足，本发明的第一个发明目的是提供一种铜基材料在大气条件下无助焊剂超声低温钎焊方法，使铜基母材与铜基母材的焊接处形成冶金结合，在超低温度下实现超声焊接，并得到高强度的焊接结构。技术方案如下：

铜基材料在大气条件下无助焊剂超声低温钎焊方法，包括如下步骤：

步骤S1：将铜基母材和合金钎料组成待焊组件，所述合金钎料由中间合金SnAg、SnCu、SnIn或SnBi中的至少两种配制形成；